第五章磁场与磁路

第五章：磁场与磁路电流的磁效应1课时重点：该节重点是磁场的基本概念；磁场的特性难点：磁感线及几种磁场源磁感线分布情况知识点综述：一、磁场：1、磁性：能吸引铁磁物质的性质2、磁体：具有磁性的物体3、磁极：磁体上磁性最强的部位；1)、任何磁体都有两个不可分割的两个磁极，S极和N极；2)、磁极的性质：同性相斥，异性相吸4、磁场：1)概念：在磁场或磁体周围存在一种特殊物质，它能够传递力和能的性质2)特性：还是由原子和分子所组成，它和所有的物质一样，具有力和能的两大特性。二、磁场的方向和磁感线1、方向：小磁针北极的受力方向就是该点磁场的方向；2、磁现象的电本质：1)、磁场都是由电流所产生的；2)、安倍分子电流假设：在物质微粒内部，存在一种环形电流，即分子电流；分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。3、磁感线：1)在磁场中，画一系列有方向的曲线方向，这些曲线上，每一点的磁场方向，就是该点的切线，并非客观存在。2)特点：①是闭合曲线；外部N→S，内部N→S②方向(略)③其疏密表示磁场的强弱④永不相交三、电流的磁效应：1、概念：电流所产生的磁场称……2、方向的判定：安培定则(右手螺旋法则)2、电流的磁场1)直流电流的磁场：(略)……2)环形电流的磁场：(略)……3)通电螺线管的磁场：(略)……磁场的主要物理量2课时重点：该节重点是磁场主要物理量概念和单位难点：用B、Φ、μ、H的定义进行计算知识点综述：一、磁感应强度(B)1、定义：在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，受到磁场的作用F跟电流I与长度l的乘积的比值，叫通电导线所处的磁感应强度。2、定义式：B=IlF3、单位：特斯拉，(T)1T=1N/A·m4、物理意义：是描述磁场强弱和方向的物理量，是矢量，其方向就是磁场的方向。5、注意：①“B”的定义中“通电导线”必须垂直磁场放置，对某一确定点，导体取向不同，所受的磁场力也不相同；②B的大小与F、及Il的乘积无关，由磁场本身所决定③B的大小和方向可由磁感线直观描述：磁感线的密……磁感线的方向……④B的大小可用专门的仪器来测量，如高斯计；1T=104GS6、匀强磁场：大小和方向处处相同的磁场称……其特点是：1)各点B的大小相等，方向相同；2)磁感线是平行的等间距、同方向的直线。二、磁通量(磁通)Φ：1、定义：……2、定义式：Φ=BSsinα式中：α角是磁感应强度B与平面S的夹角。3、讨论α角的几种情形单位：韦伯，：“Wb”1Wb=1T·m2=108Mx(麦克斯)4、物理意义：表示穿过磁场中某个面的磁感线的条数，也是单位面积上的磁通量。又称磁通密度1T=1Wb/m2三、磁导率μ：1、定义：表示物质导磁能力强弱的物理量。1)单位：H/m(亨利/米2)物质不同，μ也不相同；空气等非导磁物质的μ是一个常数，而铁磁物质的μ值不是一个常数；2、μ对B值影响很大真空的μ0=4π×10-7H/m3、相对磁导率μr：1)某物质的磁导率μ与真空的磁导率μ0的比值叫该物质的相对磁导率，用μr表示2)定义式：μr=0μμ3)根据μr的不同，可将物质分为：①反磁物质：μr1，如H、Ag、Cu、Zn、C(石墨)②顺磁物质：μr1，如空气、O、Sn、Al、Pb③铁磁物质：μr1，如Fe、Co、Ni及某些合金反磁物质和顺磁物质统称为非铁磁物质。4)几种常见物质的相对磁导率(见P66表)Co：μr=174未退火的铸铁：240Ni：μr=1120钦钢μr=21804、磁场强度H：1)定义：磁场中某点的磁感应强度B与物质的μ的比值叫做该点的磁场强度H；2)定义式：H=B=0r·B则B=μ·H或B=μ0·μr·H3)单位：H的单位是：安/米(A/m)，是一个矢量4)各点磁场强度的大小只与电流的大小和导体的形状有关，与媒介质的性质无关由磁源所决定5、几种常见电流的磁场强度：1)长直导线的磁场强度H=r2I2)通电螺线管的磁场强度H=lIN3)运动电荷的磁场强度H=r2qsinθθ是与r的夹角，方向垂直于、r所决定的平面。磁场对电流的作用力3课时重点：该节重点是磁场对电流的作用力：F=BILsinθ难点：用左手定则来判断F的方向知识点综述：一、磁场对电流的作用：1、磁场的定义：磁场对电流的作用力称……(或称电磁力)2、大小(公式)：F=BIlsinθθ：为B与I的夹角几种特殊的情形：1)θ=0，导线与B平行，F=BIl=0最小2)θ=900，导线与B垂直F=BIl最大3、单位：采用国际单位。4、方向：1)判断方法：左手定则：伸开左手，大姆指与其余四指垂直，并且跟手掌在一个平面内，让磁感线穿过掌心，并使四指指向电流的方向，这时，大姆指所指的方向，就是通电导线在磁场中所受的力的方向。2)特点：F⊥F，F⊥I，且F垂直于B与I所决定的平面只要有F存在，F一定垂直于B与I所决定的平面，F与B永远不可能在一条直线上。二、其它几种通电电流所受磁场作用1、两平行通电直导线相互作用：1)其方向仍由左手定则来判断：2)同相电流相互吸引，反向电流相互排斥2、通电线圈在匀强磁场中的磁力矩：1)大小：M=NBI·S·cosθ2)说明：M：转矩，单位，F·NS：线圈的面积，单位m2θ：线圈平面与磁场方向的夹角N线圈的总匝数①θ=0时，线圈与磁场平行，M=NBIS最大②θ=900时，线圈与磁场垂直，M=NBIS=0最小③一般情况下：M=NBI·S·cosθ三、电磁式电流表的工作原理：1、结构(P68略……)2、原理(P68略……IθBFabFcdOB铁磁物质的磁化4课时重点：该节重点是磁化及其磁化曲线难点：磁滞回线及其特点知识点综述：一、铁磁物质的磁化：1、定义：不具磁性的物质在外磁场的作用下而具有了磁性的现象叫磁化。2、内因：1)磁畴：分子电流使物质内的每个原子都成为一个微小的磁体，约由1016个原子因磁性一致而构成的小区域叫磁畴。每一个磁畴相当一个小磁铁2)内因：铁磁物质在无外磁场作用下，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，对外不显磁性；但在外磁场的作用下，磁畴就会沿着磁场的方向做取向排列，形成附加磁场，从而使磁场显著加强而显磁性。3、永久磁铁磁场的形成：有些铁磁性物质在去掉外磁场后，磁畴的一部分或大部分仍保持取向一致，对外仍显磁性就成了永久磁铁。3、铁磁物质的磁化应用：广泛应用于电子和电气设备中。如电动机、变压器及收音机的天线绕在铁氧体的磁棒上等。4、退磁：使磁体内整齐的磁畴混乱排列，从而失去磁性的过程。二、磁化曲线：1、磁化曲线：铁磁物质的B随H而变化的关系曲线称为磁化曲线，又称B-H曲线。2、来源：磁化曲线的实验电路(P70)3、实验过程：1)I从0开始逐渐增大直到Im，H：0→Hm，使得B：0→Bm2)I从Im逐渐减小直到0，H：Hm→0，使得B：Bm→Br(剩磁)3)I从0开始反向逐渐增大直到-Im，H：0→-Hm，使得B：Br→0→-Bm，4)I从-Im逐渐减小直到0，H：Hm→0，使得B：Bm→-Br(剩磁)5))I从0开始逐渐增大直到Im，H：0→Hm，使得B：-Br→0→Bm一)、初始磁化曲线：1、在1)和2)步骤中所产生的磁化曲线2、分析：分为四段：①起始段(0-1段)：B上升缓慢，磁畴的惯性；③直线段(1-2段)：磁畴在外磁场的作用下，大部分趋向H方向，B增加很快；④膝部段(2-3段)：B上升很慢，只有少数继续转向；④再增大H，几乎磁畴和可以转向了。3、B0称饱和磁感应强度：0　→　→BH123aB01)不同的铁磁物质B0不相同；2)每一种材料，饱和值却是一定的；3)对于电机和变压器的铁芯，通常工作在膝部段；二)、磁滞回线：1、在上图中铁磁物质在交变的磁场中，反复磁化的B-H关系曲线2、分析：1)起始磁化曲线(0-a段)：I从0开始逐渐增大直到Im，H：0→Hm，使得B：0→Bm2)剩磁Br(a-b段)：I从Im逐渐减小直到0，H：Hm→0，使得B：Bm→Br(剩磁：永久磁铁就是利用剩磁很大的铁磁物质制成的)3)消磁及反向磁化(b-d段)：I从0开始反向逐渐增大直到-Im，H：0→-Hm，使得B：Br→0→-Bm，b-c段称退磁曲线，Hc是矫顽力(反映了铁磁物质保持剩磁能力的大小)4)反向退磁及反向剩磁(d-e段)：I从-Im逐渐减小直到0，H：Hm→0，使得B：Bm→-Br(剩磁)5)再次正向磁化(e-a段)：重复1)过程3、磁滞回线：1)从整个过程看，B的变化总是落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象；通过反复循环，得到的封闭曲线，叫磁滞回线。2)Im的值不同，也就是Hm不同，大小不一的磁滞回线顶点也不一样，连接各条对称的回线顶点，所形成的曲线称为基本磁化曲线。3)铁磁物质在交变的磁场作用下，会产生磁滞损耗；回线包围的面积越大，矫顽力越大，损耗也就越大。4)磁滞回线的形状，经常被用来判断铁磁物质的性质和作为选择材料的依据。0　→　→BHaBmHm-Hm-BmBrHc-Hc-Brbcdef磁路的基本概念5课时重点：该节重点是理解磁动势和磁阻有关概念难点：应用磁路的基本定律分析磁路问题知识点综述：一、磁路：1、定义：磁通所经过的闭合路径；2、磁路的构成及磁路中的磁通：1）构成：由铁芯、衔铁、工作气隙三部分组成；2）磁路中的磁通：①主磁通：磁路中的磁感线大部分沿铁芯、衔铁、工作气隙成为回路这部分磁通称为主磁通。②漏磁通：有一小部分经空气自成回路的磁通称漏磁通。3、磁路的类型：1）无分支磁路：“口”字形；2）有分支磁路：“日”字形；二、磁路欧姆定律：1）磁动势Em：①定义：指通过线圈的电流和线圈匝数的乘积。②定义式：Em=IN说明：电流是产生磁场的原因；Em的单位是“安匝”（AT）简称“安”（A）；2）磁阻Rm：①定义：磁通通过磁路时所受的阻碍作用。②磁阻的大小：与磁路的长度l成正比，与磁咱的横截面积S成反比，并与组成磁路材料的性质有关。公式：Rm=Sl③单位：每亨（1/H）4、磁路的欧姆定律：1）定律：通过磁咱的磁通，与磁通势成正比，而与磁阻成反比；公式：m=mREm2）磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律比较（P73）主要电路有开路、通路，即使在开路情况下E依然存在；而磁路没有开路说法，电流断开，Em=IN不再存在；三、全电流定律：1）定律：磁路中的磁场强度H与磁咱的平均长度l的乘积，在数值上等于激发磁场的磁动势Em公式：Hl=IN，或H=lIN2）磁位差：磁场强度H与磁咱的平均长度l的乘积称为磁位差，又称磁压，用Um表示；Um=Hl单位：安